锂离子电池无序结构正极材料的研究进展

介绍了国内外无序正极材料在锂离子电池中的应用现状与研究动态,论述了无序正极材料中2种Li~+扩散通道的激活方式.归纳分类了无序正极材料中的Ti基(Li-M-Ti-O)和Nb基(Li-Nb-M-O)2类正极材料,阐述了Ti基(Li-M-Ti-O)和Nb基(Li-Nb-M-O)无序正极材料的制备、工艺参数的优化、改性以及相应的电化学性能,并对比了2类无序正极材料的稳定性能及充放电机理.最后针对当前无序正极材料存在的容量保持率一般、倍率性能差等问题,提出了表面包覆、离子掺杂等改善措施,并对是否可以改变其充放电模式进行了讨论,展望了无序正极材料未来的研究方向.     

锂离子电池正极材料LiFePO4的制备及电化学性能研究

∶采用高温固相法合成LiFePO4锂离子电池正极材料,为提高LiFePO4材料的电化学性能,对其进行Ti4 掺杂改性.用XRD、SEM等测试手段对材料进行表征,并对以Li1-xTixFePO4(x=0,0.01,0.03,0.05)为正极的电池进行电化学性能测试.研究表明,掺杂过程中,掺杂离子能与LiFePO4形成晶格完整、有序的单相固溶体;少量的掺杂离子还可以提高材料的电导率和电化学性能,特别是大电流放电性能,其中Li0.97Ti0.03FePO4性能最优,以0.2C5放电,首次放电质量比容量为132.0 mA.h/g,50次循环后仍保持为131.5 mA.h/g.     

Mn_3O_4/CNTs正极材料的制备及其电化学性能研究

针对水系镁离子电池正极材料循环不稳定及电化学性能差的问题,采用Mn3O4作为水系镁离子电池正极材料,通过简单的溶液共沉淀法将Mn3O4与碳纳米管(CNTs)原位复合形成Mn3O4/CNTs。经X射线粉末衍射仪(X-ray diffractometer, XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy, SEM)、通射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)和循环伏安(cyclic voltammetry,CV)及充放电测试等表征,结果表明CNTs表面均匀附着尖晶石型Mn3O4纳米颗粒,提高了Mn3O4电极的导电性和电化学性能。Mn3O4/CNTs正极材料在100 m A/g下表现出305 mAh/g的比容量及长循环寿命,远高于Mn3O4的电池性能。Mn3O4/CNTs材料作为水系镁离子电池正极材料具有潜在的应用价值。     

磷酸铁锂正极材料的研究现状

磷酸铁锂正极材料具有比容量大、安全性高、性价比高以及循环寿命长等优点,被认为是最具应用前景的锂离子电池正极材料之一。论述了橄榄石型磷酸铁锂的晶体结构特征以及充放电反应机制,综述了近年来采用葡萄糖、活性碳和石墨烯等不同的碳源进行碳包覆, 硫离子、镁离子、镍离子、氟离子、钒离子、钠离子和银离子等不同金属离子和非金属离子进行离子掺杂以及蒸发诱导自组装法、碳热还原法和喷雾干燥法等不同合成方法进行材料纳米化等改性方式对锂离子电池磷酸铁锂正极材料的影响。最后简要分析了目前改性方法仍存在的问题,并对其前景进行了展望。     

EMIMTFSI离子液体用于中温ZEBRA电池的研究

传统的Na/金属氯化物电池(ZEBRA)由于使用了氯铝酸钠(Na Al Cl4)作为阴极电解质(熔点157℃),往往在较高温度(270~350℃)下才能运行。本文通过把三氟甲磺酸钠(Na CF3SO3)溶于1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(EMIMTFSI)离子液体中,配制0.2 mol/L的Na CF3SO3离子液体电解质。使用循环伏安法、热分析法分别测试离子液体电解质的电化学窗口、热稳定性。最后,以Na Cl包覆的泡沫铜作为电池正极,用玻璃封接的方法组装平板化的试验用Na/CuCl_2电池,并测试电池性能。实验结果表明:用离子液体电解质来替代传统的NaAlCl_4电解质有着很高的可行性与研究价值,组装的平板Na/CuCl_2电池可在175℃条件下稳定运行,表现出较好的电化学性能。     

LiFePO_4锂电池正极材料的Li_(0.5)La_(0.5)TiO_3包覆改性

研究了以快离子导体Li_(0.5)La_(0.5)TiO_3(LLTO)包覆的LiFePO_4正极材料的锂离子电池的电化学性能。采用溶剂热法制备锂电池正极材料LiFePO_4,再采用溶胶凝胶法制备的LLTO粉体对LiFePO_4进行包覆,包覆量为LiFePO_4质量分数的1%~4%.通过进行充放电测试、交流阻抗测试及循环伏安测试,研究了不同包覆量对电池的充放电比容量、循环性能及可逆性的影响。发现当LLTO含量为3 wt%,2 C、5 C时,充放电时相对于没有包覆LLTO的电池正极材料的比容量分别提高29.7%、31.6%,30次循环之后,容量损失率减小4.13%,循环伏安曲线上氧化还原峰之间的电位差仅为0.117 V,以3 wt%的LLTO包覆改性LiFePO_4显著提高了电池的电化学性能。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5-x)Mn_(0.5-x)Zr_(2x)O_2的制备及电化学性能研究

目的制备离子电池正极材料LiNi_(0.5-x)Mn_(0.5-x)Zr_(2x)O_2微米球,并研究其电化学性能与掺杂Zr4+量的关系。方法以NiSO4·6H2O,MnSO4·H2O和Na2CO3等为原材料通过共沉淀的方法制备前驱物(Ni0.5Mn0.5)CO3,然后前驱物与ZrO2,Li2CO3混合均匀,在500℃下煅烧3h,900℃下煅烧16h得到正极材料LiNi_(0.5-x)Mn_(0.5-x)Zr_(2x)O_2。结果 X射线衍射分析证明得到的产物为纯相,扫描电子显微镜图像显示得到的产物具有3~5μm左右的微米球形结构,并对锂离子电池的电化学性能进行了研究。结论 LiNi0.5Mn0.5O2掺杂了Zr4+后能有效降低锂/镍混排度,而且可提高具有微米球结构的LiNi_(0.5-x)Mn_(0.5-x)Zr_(2x)O_2系列锂离子电池正极材料的电化学性能。     

Ti掺杂对正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结构和电化学性能的影响

为研究离子掺杂对锂离子正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的影响,采用氢氧化物共沉淀法制备了Ti4+掺杂改性的锂离子正极材料LiNi1/3-1/40Co1/3Mn1/3Ti1/40O2、LiNi1/3-Co1/3-1/40Mn1/3Ti1/40O2和LiNi1/3Co1/3Mn1/3-1/40Ti1/40O2,并运用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对Ti掺杂改性后正极材料的晶型和微观结构进行表征,通过高精度电池性能检测系统对正极材料的电化学性能进行检测.结果表明:Ti分别取代Ni、Co和Mn对三元复合正极材料进行掺杂改性后,改性材料都保持典型的α-NaFeO2层状结构,且晶型良好;LiNi1/3-Co1/3Mn1/3-1/40Ti1/40O2轮廓最分明,且形貌均一;3种改性材料的电化学性能均有一定程度的提高,其中LiNi1/3Co1/3Mn1/3-1/40Ti1/40O2提高最为明显,在0.1 C、1.0 C和2.0 C倍率下其首次放电比容量分别为145.35、140.79和125.60 mA.h/g,1.0 C倍率下循环30次后的容量保持率为88.06%.     

锂离子电池正极材料中磁性杂质颗粒与电池安全性能

文章讨论锂离子电池正极材料中磁性杂质颗粒与电池安全性能间的影响关系,分析了锂离子电池正极材料中磁性杂质颗粒对电池安全性能的影响因素,探讨了工业生产过程中正极材料内磁性杂质颗粒的引入途径与降低磁性颗粒的方法,并对目前正极材料中磁性杂质颗粒的检测方法进行总结与讨论。     

扣式锂离子电池的制备及性能测试综合实验设计

把扣式锂离子电池的制备及性能测试设计成化学综合实验,建立了基于正极材料的合成、正极片的制备及电池组装和性能测试的综合性开放实验.该实验以化学材料合成和电化学理论为基础,通过该实验可了解正极材料的合成方法,电池的基本结构以及电池性能的测试方法.     

高温固相法合成锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.2O2研究

研究了高温固相法合成锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.2O2时原材料、气氛、温度、时间、Li:(Ni Co)化学计量比例、氧气流量、二次烧结等参数对制备电极活性材料结构和电性能的影响，使用其优化后的工艺参数，制备出容量为170mAb/g的LiNi0.8Co0.2O2,并对此正极材料组成的电池性能进行了测试。     

电动汽车动力电池正极材料研究进展

电动汽车已成为未来汽车的主要发展方向之一,动力电池是电动汽车的核心部件,动力电池技术则是电动汽车发展的核心技术.总结了传统锂离子电池正极材料的优缺点,及对它们的改性研究,着重介绍了LiFe-SiO4、LiVPO4F、Li3V2(PO4)3和纳米正极材料的研究现状和性能改进方法,并对其发展方向进行了展望.     

水系锌-石墨电池的研究新进展

水系锌-石墨电池是一种新型的二次电池,基于水系电解液中的阴、阳离子同时参与电化学反应实现储能,因其具有高能量密度、高功率密度和安全廉价等诸多优势,有望成为替代锂离子电池的下一代储能产品。本文综述了近年来水系锌-石墨电池的发展现状,总结了锌负极、石墨正极存在的问题及现有的解决方案,对水系锌-石墨电池的下一步发展进行了预测。     

锂离子电池热失控研究综述与文献计量分析

近年来,随着电动汽车行业的大力发展,锂离子电池作为电动交通工具储存和转化电能的重要载体大量涌入市场,但在使用过程中存在过充放电、局部过热以及外部挤压碰撞等滥用情况,可能会导致其性能下降,甚至引发热失控等安全问题。为此,对当前中外锂离子电池热失控的研究进展进行了综述总结,并通过VOSviewer可视化软件对发文量、期刊分布和关键词等进行分析。结果表明:当前锂离子电池的热失控是限制其发展的关键因素,目前主要从电池正极材料改性、电解液中添加阻燃剂、电池热管理设计三方面来提升锂离子电池的安全性。     

钠离子电池电解质的研究进展

相比锂离子电池来说,钠离子电池因高能量密度和低成本引起广泛关注。作为电池重要组成部分的电解质,对电池性能的发挥至关重要。简要介绍了液、固态电解质体系在钠离子电池中的研究进展,讨论这些电解质体系的电导率、电性能、电化学性能、热稳定性等特点。现今钠离子电池大多使用的是液体电解液,而液体电解液在具有高离子电导率的同时,安全性仍有待改善。而固态电解质还有许多基础科学需要探索,并且需要考虑电导率、成本等因素。基于以上评述,希望对钠离子电池电解质的研究发展提供帮助。     

LiNi0.85-xCoxMn0.15O2电化学性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法计算了空间群为R-3M,具有层状结构的LiNi0.85-xCoxMn0.15O2的带隙、分波态密度、嵌锂形成能和晶胞体积.计算结果表明LiNi0.65Co0.2Mn0.15O2具有较高的可逆容量,又具有较好的电池性能,为该系列金属氧化物中较为理想的锂离子电池正极材料,与文献的结果相比较,我们发现理论计算结果与实验结果有较好的一致性.本文采用CASTEP中原子混合实现镍钴含量的变化后,分析了LiNi0.85-xCoxMn0.15O2的物理性质及电化学性质.揭示了镍钴含量变化对材料作为锂离子电池正极材料的性能的影响,进而为寻找新的正极三元材料提供理论指导.     

离子掺杂对锂离子电池正极材料LiFePO4电化学性能的影响

采用一步高温固相合成法制备橄榄石型锂离子电池正极材料LixFe（1-y）MoyPO4／C,着重研究了不同锂铁比和铁位钼元素掺杂对材料的充放电性能的影响．结果表明：当Li：Fe=1．03：1时,磷酸铁锂的放电比容量和充放电循环性能最佳,首次放电比容量最高为100．8mAh／g;在富锂基础上,Mo掺杂的浓度为Li1.033Mo0.01Fe0.97PO4／C时,材料表现出的电化学性能最好,所能达到的最大比容量为144．8mAh／g．     

橄榄石型锂离子电池正极材料LiFePO4的研究

LiFePO4是最近几年被广泛报道的一种新型锂离子电池正极材料．它具有较高的能量密度、优良的循环性能，资源丰富，安全性能好、对环境友好等许多优点，而且理论容量高达170mAh／g．但也存在电子导电率和锂离子扩散速度低等缺点，需要进一步的改进．本文概述了LiFePO4的结构、充放电机理、合成方法、以及其优缺点、如何改性等方面，介绍了这种新型的锂离子电池正极材料的目前研究概况．     

Layered carbon-based pseudocapacitive materials for lithium/sodium-ion capacitor with high energy-power densities and long cycle life

Hybrid ion capacitors that combined high-power density of supercapacitor and high-energy density of battery are drawing attention to insufficient power densities of currently-used lithium-ion batteries(LIBs).Two kinds of layered carbon-based pseudocapacitive materials were used as both anode and cathode for lithium/sodium ion capacitors(LICs/NICs) with balanced energy/power properties.As-assembled NIC and LIC could deliver the energy densities of 125.7 Wh kg~(-1)and 119.6 Wh kg~(-1) at the power density of 7941.2 W kg~(-1) and 8823.5 W kg~(-1),respectively.The electrochemical properties of NICs were better than that of LICs when the current density was below 4 A g ~(-1) although the working voltage of LIC is higher than that of NICs,and the size of Na ~(-1) is larger than that of Li~+.Using an instantaneous potential technique,it is found that the increase of the capacity for anode material in low potential region will effectively enhance the electrochemical performance for the full device.